Практическое занятие №6
ОБУЧАЮЩАЯ ИМИТАЦИОННАЯ ПРОГРАММА "МАЛАЯ РЕКА".
Цель работы - Добиться рационального управления природно-промышленной системой при минимальном ущербе окружающей среде. Цель работы обучаемого заключается в выборе оптимальных параметов функционирования системы для достижения максимальной прибыли от хозяйственной деятельности в бассейне реки с учетом затрат. При этом концентрации загрязняющих веществ в реке не должна превышать предельно допустимых норм. От этого зависит величина экономического ущерба.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Имитационная программа "Малая река" предназначена для использования в учебном процессе как одна из лабораторных(практических) работ в курсах "Охрана природы и рациональное природопользование", «Основы экологии» для подготовки студентов и лиц, ответственных за планирование сельскохозяйственного производства и строительства, специалистов сельского хозяйства, работающих в прибрежных районах. Она способствует закреплению и развитию теоретических знаний по управлению экосистемой "МАЛАЯ РЕКА".
Имитационная модель "МАЛАЯ РЕКА" реализована как программа PEKA. EXE на ПЭВМ IBM PC/XT и работает в среде операционной системы MS DOS.
2.ОПИСАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.
Программа "МАЛАЯ РЕКА" моделирует естественные процессы, происходящие в системе:
- участок реки,
- животноводческий
комплекс,
- сельскохозяйственные угодья,
- жилой поселок,
- передвижная станция контроля качества воды.
Описание элементов системы:
2.1. Участок реки длиной 8640 м, шириной 10 м, глубиной 3 м, средней скоростью течения 6 м/мин. Во время паводка скорость течения и расход воды в реке повышается.
2.2. Промышленное предприятие, расположенное на берегу реки на расстоянии 1800 метров от начала участка, загрязняющее воду реки стоками, содержащими органическое загрязняющее вещество (по БПК5). Количество сточных вод зависит от интенсивности работы предприятия, которая может изменяться от 0 до 150 условных единиц продукции в сутки. Производство единицы продукции дает 0,1 куб. метра стоков с концентрацией органического загрязняющего вещества по БПК5 2000 мг/литр.
2.3. Животноводческий комплекс, расположенный на берегу реки на расстоянии 5400 метров от начала участка, на котором можно выращивать свиней (количеством от 0 до 2000 голов) или крупный рогатый скот (от 0 до 1000). На животноводческом комплексе в сутки на свинью образуется 4,5 литра навозной жижи с БПКмг/литр, на корову 14 литров с БПКмг/литр.
2.4. Сельскохозяйственные угодья, на которых можно выращивать пшеницу, рожь, ячмень, кукурузу, картофель. Для повышения урожайности есть возможность внесения азотных, калиийных, фосфорных, органических удобрений, известкования почвы, применения ядохимикатов (метафоса - для борьбы с вредными насекомыми, цинеба - для борьбы с болезнями растений, атразина - для борьбы с сорняками). При использовании ядохимикатов и удобрений необходимо учитывать:
- дождевые и паводковые стоки будут загрязнять воду реки тем сильнее, чем больше внесено удобрений и ядохимикатов,
- накопление веществ, неусвоенных растениями, в почве влияет на величину загрязнения реки,
- существенное влияние на качество воды оказывают донные осаждения.
2.5. Жилой поселок забирает воду реки для своих нужд. Если вода в реке не достаточно чистая, то затрачиваются средства на ее очистку. В модели установлен предел допустимых концентраций (ПДК) в мг/л по
кислороду - не менее 4 мг/л,
БПК5 - не более 6 мг/л,
атразину - не более 0,005 мг/л,
метафосу - не более 0,02 мг/л,
цинебу - не более 0,03 мг/л.
2.6. Передвижная станция контроля качества воды анализирует содежание кислорода, БПК5, атразина, метафоса, цинеба в воде в любом выбранном месте участка реки.
3. УПРАВЛЕНИЕ ЭКОСИСТЕМОЙ.
Работа обучаемого с программой состоит из последовательности туров, где каждый тур - управляющее воздействие на систему и получение результатов. Программа моделирует управление системой в течении пяти лет, где каждый год является одним туром.
Под управляющим воздействием понимается:
- выбор интенсивности работы промышленного предприятия,
- выбор количества голов скота для выращивания на ферме (свиньи или крупный рогатый скот),
- выбор методов очистки сточных вод промышленного предприятия и фермы,
- выбор сельскохозяйственных культур для выращивания в бассейне реки,
- выбор количества применяемых удобрений и ядохимикатов,
- размещение передвижной станции контроля качества воды,
- выбор мероприятий по охране чистоты реки.
3.1. Мероприятия по охране чистоты реки и их стоимость.
Лесополоса.
Выращивание древесной и кустарниковой растительности по берегам реки способствует уменьшению дождевого стока и выноса загрязняющих веществ. Влияние лесополосы растет с увеличением возраста лесополосы. Посадки лесополосы шириной 10 метров стоит 1000 руб.
Вспашка.
При работе с прогаммой необходимо учесть, что разные виды вспашки обеспечивают уменьшение дождевого стока в разной степени:
- уплотненная на 16 % (стоимость вспашки 100 га - 1000 руб.),
- отвальная с микролиманами на 63 % (1900 руб.),
- безотвальная на 45 % (1700 руб.),
- отвальная глубиной 22-25 см на 62 % (2500 руб.),
- глубиной 35-37 см на 77 % (3000 руб.).
Очистка сточных вод.
Для снижения концентрации загрязняющих веществ в сточных водах необходимо применять очистку. Использование механической очистки позволяет снизить концентрацию загрязняющих веществ, примерно, на 50 %, биологической очистки - на 80 %, биологичекой с доочисткой на 98 %.
Стоимость механической очистки 1 куб. м сточных вод - 0,05 руб., биологической - 0,38 руб., биологической с доочисткой - 2 руб.
Искусственная аэрация.
Искусственная аэрация позволяет увеличить содежание кислорода в воде путем нагнетания воздуха в воду через аэраторы. Место искусственной аэрации можно изменять. При работе необходимо учесть, что концентрация кислорода зависит от концентрации органики (чем больше в воде органики, тем больше расходуется кислорода на ее разложение) и от температуры воды (чем выше температура, тем ниже концентрация кислорода). Повышение содержания кислорода в воде на 2 мг/л с помощью искусственной аэрации стоит 366 руб. в месяц.
3.2. Прибыль.
Прибыль от ведения хозяйственной деятельности
складывается из прибыли полученной от реализации условной
продукции предприятия - 12 руб. за единицу,
животноводческого комплекса - (100*количество свиней) или
(200*количество коров) руб. в год, урожая пшеницы - 30 руб.
за центнер, ячменя - 30, ржи - 28, кукурузы - 12, картофеля - 10.
3.3. Затраты.
Затраты складываются из затрат на осуществление природоохранных мероприятий (см. выше) и затрат на внесение удобрений и ядохимикатов. Стоимость внесения метафоса (на каждый гектар по 1 кгруб., атразина - 1600, цинеба - 600, азотных удобрений - 400, калийных - 400, фосфорных - 400, органических ( на каждый га по 1 т, известкования - 2000.
3.4. Экономический ущерб.
Экономический ущерб зависит от качества воды в реке и складывается из потерь, связанных с ухудшением функционированием основных фондов промышленного предприятия; дополнительных затрат на очистку воды для жилого поселка; потерь из-за заболеваемости населения; затрат учреждений здравоохранения в связи с заболеваемостью населения; собственных затрат населения, связанных с поездками на отдых в другие места.
4. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИМИТАЦИОННОЙ ИГРЫ "МАЛАЯ РЕКА".
Для эксплуатации программы необходима следующая
минимальная конфигурация технических средств:
- ПЭВМ совместимая с IBM PC/XT AT с графическим адаптером EGA;
- один накопитель на гибких магнитных дисках (133 мм):
- оперативная память не менее 512 К.
Программа состоит из файлов
PEKA. EXE
PEKA90 .DAT
POLE. PIC
PROTECT. PIC
SCHEMA. PIC
ZACT. PIC
EGAVGA. BGI
и может функционировать в среде операционной системы MS DOS
версии 3.0 и выше.
Если у Вашей ПЭВМ имеется жесткий диск, то для удобства пользования программой PEKA Вы можете скопировать ее на этот диск.
Для копирования необходимо:
- в ответ на запрос системы C:> ( или A:> ) вставить в дисковод "А" гикий диск с программой и закрыть его;
- набрать команду:
COPY A:\*.* C:\[рath] и нажать клавишу ENTER.
После копирования Вы можете запускать программу с Вашего жесткого диска. Для этого необходимо ввести следующую строку:
C:\[рath]\PEKA. EXE и нажать клавишу ENTER.
5. ТРЕБОВАНИЯ К ОБУЧАЕМОМУ.
Для освоения работы за терминалом в диалоговом режиме не требуется специальной подготовки. Знакомство с условиями работы за терминалом, с экологической системой, с целью обучения и оценкой деятельности обучаемого производит сама программа.
Для работы с программой необходимо:
- в ответ на сообщение системы C:> вставить в дисковод "А" гибкий магнитный диск с программой "МАЛАЯ РЕКА" и закрыть его;
- набать А: и нажать клавишу ENTER;
- в ответ на запрос системы А:> набрать имя программы PEKA и нажать клавишу ENTER.
После небольшой паузы Вы увидите на экране заставку программы PEKA.
6. ВВОД ДАННЫХ В ПРОГРАММЕ.
В прогамме предусмотрено два вида ввода данных:
- ввод числовых значений осуществляется с помощью клавиш 0,1,2,...9. Дробная часть числа отделяется точкой (например
3.5). После набора числа необходимо нажать клавишу ENTER.
- ввод данных с помощью клавиш "стрелка вверх", "стрелка вниз" и ENTER.
7. ПОРЯДОК РАБОТЫ С ПРОГРАММОЙ.
7.1. После загрузки программы на экране появится заставка программы "МАЛАЯ РЕКА". Для продолжения работы необходимо нажать пробел.
В начале каждого тура задаются параметры функционирования системы: интенсивность работы промышленного предприятия, поголовье скота для выращивания на ферме (в начале игры), методы очистки сточных вод предприятия и фермы, полевая культура для выращивания на прибрежных полях, количество применяемых удобрений и пестицидов, вид вспашки, ширина лесопосадок вдоль реки.
После задания параметров на экране можно наблюдать динамику концентраций кислорода, БПК5, атразина, цинеба, метафоса в речной воде. Шаг вычислений один месяц. Можно посмотреть динамику концентраций веществ после дождя, а также изменение концентраций веществ вдоль реки в выбранном месяце (клавиши F8 и F9 соответственно).
По окончании тура на экран выдается информация о полученной за год прибыли и экономическом ущербе от загрязнения реки.
После окончания 5 лет игрового времени программа дает оценку деятельности обучаемого.
7.2. Описание разделов меню.
|-ПОМОЩЬ
|-ПРАВИЛА РАБОТЫ - правила работы с программой (на экран выдается нформация о моделируемой экологической системе, о цели игры, о возможных управляющих воздействиях на систему, о стоимости природоохранных мероприятиях и т. д.);
|-ОБЩАЯ СХЕМА МОДЕЛИ - схема взаимодействия блоков системы (т. е. графическое изображение связей, | моделируемых в программе);|
-ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ - информация о природоохранных мероприятиях, моделируемых в программе (т. е. инфромация об эффективности разных методов очистки сточных вод, о влиянии разных видов вспашек на уменьшение дождевого стока, о влиянии лесополосы и искусственной аэрации);
|-ТЕКУЩАЯ ОЦЕНКА - оценка деятельности обучаемого по турам | (дается сообщение о полученной прибыли и экономическом ущербе за прошедшие туры игры);
||-УПРАВЛЕНИЕ
|-ПРЕДПРИЯТИЕ - выбор интенсивности работы предприятия;
|-ФЕРМА - выбор количества голов скота (свиньи или крупный рогатый скот) для выращивания на ферме;
|-УРОЖАЙ - выбор полевой культуры и количеств применяемых удобрений и пестицидов;
|-ВСПАШКА - выбор вида вспашки;
|-ЛЕСОПОЛОСА - выбор ширины лесополосы;
|-АЭРАЦИЯ - выбор места исксственной аэрации;
|-СЧЕТ - выбор расположения передвижной станции контроля качества воды и вычисление концентраций загрязняющих веществ в воде реки.
Переход от одного раздела меню к другому производится при помощи клавиш "стрелка влево", "стрелка вправо", "стрелка вверх", "стрелка вниз", Enter и Esc.
7.3. Описание используемых функциональных клавиш.
F8 - динамика концентраций после дождя (можно нпосмотреть изменение концентраций веществ в реке в течении 48 часов после дождя);
F9 - концентрации загрязняющих веществ вдоль реки (даетя возможность посмотреть концентрацию веществ не только в месте нахождения передвижной станции контроля качества воды, но и как изменяется содержание веществ в воде по всей длине участка реки);
Esc - выход в операционную систему.
7.4. С помощью программы "МАЛАЯ РЕКА" можно наблюдать ряд процессов и решать ряд задач:
ВТОРИЧНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ.
В первый год внести в почву большие дозы удобрений и ядохимикатов, во второй год не вносить вообще. Наблюдать на втором году концентрации веществ, попавших в воду за счет вторичного загрязнения, т. е. за счет взмыва донных осаждений и выноса веществ, неусвоенных растениями и оставшихся в почве).
УРОЖАЙНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР.
Задавать разные дозы удобрений и ядохимикатов, и наблюдать за изменениями урожайности.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИРОДООХРАННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ.
Каждый год задавать разные природоохранные воздействия (например, поочередно задавать методы очистки сточных вод: 1-й год без очистки, 2-й год механическая очистка, 3-й год биологичекая, 4-й биологическая с доочисткой), оставляя без изменения другие управляющие воздействия, и наблюдать изменения концентаций веществ в реке и экономические характеристики. Определить оптимальный метод очистки сточных вод предприятия, работающего с максимальной интенсивностью, и фермы с максимальным поголовьем скота.
ВОЗРАСТ ЛЕСОПОЛОСЫ.
В первый год посадить лесополосу, внести в почву удобрения и ядохимикаты. В первый и последующие годы управляющие воздействия задавать одинаковыми и наблюдать за концентрациями и уменьшением экономического ущерба от загрязнения воды. Дозы веществ, вносимых в почву не должны быть большими, чтобы не вызвать вторичного загрязнеия.
ВЫНОС ВЕЩЕСТВ С ПОЛЕЙ ДОЖДЕВЫМИ СТОКАМИ.
Вносить разные дозы удобрений и ядохимикатов и наблюдать за изменением концентраций веществ в воде.
7.5. Примеры возможных вариантов функционирования системы.
Если попытаться получить максимальную прибыль, мало заботясь о чистоте воды (экономя на этом), то задав следующие параметры:
интенсивность работы промышленного предприятия - 150;
очистка сточных вод предприятия - механическая;
поголовье скота - 2000 свиней;
очистка сточных вод фермы - механическая;
сельскохозяйственная культура - картофель;
удобрения (азотные - 50 кг/га, фосфорные - 45 кг/га, калийные - 45 кг/га, органические - 10 т/га, известкование - 1 т/га);
пестициды ( метафос - 30 кг/га, цинеб - 3 кг/га, атразин - 6 кг/га);
вспашка - уплотненная;
лесополоса шириной 30 м,
получится результат за первый год
прибыль - 1442 тыс. руб.
затраты - 123 тыс. руб.
экономический ущерб - 400.8 тыс. руб.
Слишком большой экономический ущерб говорит о том, что необходимо больше внимания уделять природоохранным мероприятиям. Необходимо улучшить очистку сточных вод, применять меньшее количество удобрений и пестицидов.
Если на природоохранные мероприятия затратить средств немного больше, то можно достичь нулевого экономического ущерба. Пример:
интенсивность работы промышленного предприятия - 150; очистка сточных вод предприятия - биологическая; поголовье скота - 2000 свиней;
очистка сточных вод фермы - биологическая с доочисткой; сельскохозяйственная культура - пшеница; удобрения (азотные - 20 кг/га, фосфорные - 25 кг/га,
калийные - 20 кг/га, органические - 5 т/га, известкование - 1 т/га);
пестициды ( метафос - 15 кг/га, цинеб - 2 кг/га, атразин
- 3 кг/га);
вспашка - глубиной 35-37 см;
лесополоса шириной 30 м.
Результат за первый год прибыль - 1096,4 тыс. руб. затраты - 185,9 тыс. руб. экономический ущерб - 0 тыс. руб.
говорит о том, что управление системой ведется правильно.
Получена высокая прибыль и обеспечена чистота воды в реке.
8. ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЙ ОБУЧАЕМОГО.
По окончании пяти лет игрового времени программа подводит оценку деятельности обучаемого по полученной прибыли и нанесенному экономическому ущербу.
Оценка "отлично" выставляется обучаемому если он получит прибыль 5 млн. руб. и экономический ущерб 0 руб.
При худших показателях оценка соответственно снижается.
9. Порядок оформления практической работы
9.1. Название работы
9.2. Цель работы
9.3. Исходные данные
9.4. Полученные результаты (оценка действий обучаемого по компьютеру п.8)
9.5. Вывод (анализ полученных результатов).
